ПЦР-тестирование: как работает метод ПЦР в диагностике

Опубликовано: 10.02.2021 13:07:00 Обновлено: 18.02.2021

ПЦР – высокоточный метод диагностики и одно из самых главных открытий в области биологии за последние десятилетия. ПЦР-анализ применяется уже почти 40 лет и считается наиболее точным и чувствительным способом диагностики инфекционных заболеваний.

ПЦР – уникальный и универсальный метод, тест используется не только в клинической лабораторной диагностике, но также в биологии, криминалистике, археологии и многих других научных областях. Все, что нужно для проведения анализа – небольшое количество любого биоматериала пациента.

Суть метода ПЦР

ПЦР – полимеразная цепная реакция. Метод основан на обнаружении даже небольших концентраций искомого элемента диагностики. Для определения изначально крайне малых концентраций РНК или ДНК, которые необходимо определить в процессе проведения основного этапа исследования, используется метод искусственного увеличения количества РНК или ДНК. А поскольку они специфичны и строго индивидуальны для каждого микроорганизма или живого существа за счет уникальности последовательности нуклеотидов во фрагментах, ошибка в определении целевого ДНК или РНК исключена.
Генетическая информация любого живого организма записывается в ДНК. Эта молекула состоит из двух цепочек, сплетающихся в единую спираль. Некоторые вирусы (например, COVID-19) хранят свой код в РНК – одной нити нуклеотидов.

Для каждого организма, включая вирусы, бактерии и грибки, последовательность нуклеотидов уникальна. Ее можно сравнить с отпечатком пальца или сканом сетчатки глаза человека. Укороченные последовательности нуклеотидов, характерные для каждого вида патогена (возбудителя опасных заболеваний), хранятся в базах научных лабораторий в виде праймеров – отдельных участков ДНК, типичных для только конкретного возбудителя. Эти участки значительно короче любой молекулы ДНК. Такие праймеры присоединяются к ДНК возбудителя в пробе и под действием катализаторов многократно воспроизводят свои дубли. Этот процесс называются «репликация» – многократное увеличение, дублирование искомого участка до тех пор, пока он не станет доступен для определения. Процесс репликации возможен только при наличии в пробе ДНК возбудителя.

Ход реакции

Один цикл реакции протекает в три стадии:

• Стадия нагревания. Спираль ДНК в пробе нагревается на период от половины до двух минут на 94-96 градусов. Под воздействием высоких температур цепи ДНК распадаются на отдельные фрагменты
• На второй стадии, как бы вылавливаются необходимые фрагменты с помощью праймеров и сплавляются. Эта стадия проходит при температуре немного ниже, на 4-5 градусов и называется «отжигом». Продолжительность стадии так же варьируется от половины до двух минут.
• Добавляется специальный фермент для запуска самовоспроизводства (синтеза) «пойманного» участка генов – ДНК-полимераза. И этот фермент запускает реакцию удваивания фрагмента, используя стартовый фрагмент, как матрицу для синтезирования копии. Протекает реакция при 72 градусов от 10 до 12 минут.

Обычно одно исследование составляет от 20 до 35 подобных циклов.

Преимущества метода ПЦР

1. Высокая специфичность. Метод ПЦР определяет заданную последовательность нуклеотидов, присущую конкретному патогену. Таким образом, специфичность теста стремится к 100%. Исключен риск ложноположительных результатов.
2. Чувствительность. Для ПЦР достаточно всего несколько молекул ДНК патогена (или даже уже неактивных – разрушенных вирусных частиц, сохранивших специфические участки ДНК в достаточном количестве), чтобы он был обнаружен в ходе исследования.
3. Скорость проведения. Лаборатория получает результат ПЦР-теста через несколько часов, клиент – уже на следующий день. Скорость диагностики имеет принципиально важное значение для своевременного лечения. Например, при диагностике бактериальных инфекций классический посев занимает от нескольких дней, а с ПЦР-анализом пациент сможет принять меры и начать лечение уже через сутки.
4. Универсальность. Для исследования подходит любой биоматериал: кровь, моча, сперма, мокрота, гной, жидкости из абсцессов и пр. Кроме этого, ПЦР применяется в самых разных областях науки и медицины, работая даже там, где другие методы бессильны.
5. Диагностика латентных инфекций. ПЦР-диагностика определяет возбудителя инфекции даже в инкубационном периоде и при скрытом течении заболевания.

Почему важна своевременная сдача анализа на скрытые инфекции?

Незащищенные половые контакты с непроверенным партнером могут стать причиной передачи возбудителя скрытого заболевания – инфекционного, вирусного, грибкового. Опасность заражения состоит в том, что болезнь долгое время способна находиться в латентной форме, не проявляя своих симптомов. Из-за бессимптомного течения инфекция обычно бывает обнаружена случайно, причем довольно часто – уже в хронической форме. Помимо локализации в органах репродуктивной системы, возбудитель может распространяться к другим органам, вызывая воспаление мочевого пузыря, почек и т.д. Некоторые скрытые инфекции опасны возможным развитием доброкачественных и злокачественных новообразований.

Чтобы избежать неблагоприятного прогноза и вовремя обнаружить возможное заболевание, рекомендуется регулярно сдавать анализ на скрытые половые инфекции. Если женщина имела незащищенный секс с мужчиной, в здоровье которого она не уверена, желательно пройти обследование как можно раньше. Время проведения анализов на скрытые половые инфекции зависит от заболевания: например, чтобы выявить возбудителя сифилиса (Syphilis), рекомендуют проходить диагностику на 21 день после предполагаемого заражения, на трихомониаз – через 2-21 день, а на хламидиоз – через 10 дней.

При наличии постоянного партнера и использовании барьерных методов контрацепции частота обследования меньше – мазок и анализ крови на скрытые инфекции рекомендуется сдавать в профилактических целях примерно раз в год или при планировании беременности.

Показания к проведению ПЦР-анализа

ПЦР – один из наиболее востребованных способов диагностики в медицине, и применяется он в самых разных областях:

• Диагностика инфекционных заболеваний (гепатит, ВИЧ, TORCH-инфекции и огромное множество других видов патогенов).
• Урогинекология (диагностика инфекций, передающихся половым путем: хламидиоз, уреаплазма, микоплазма, кандиды, гарднерелла, герпесвирусы). Важное значение для женского и мужского здоровья играет ВПЧ – вирус папилломы человека. Доказано, что у женщин онкогенные штаммы этого вируса способны вызывать рак шейки матки.
• Неонатология. Существует целый ряд инфекций, способных поражать плод еще в материнской утробе. Среди них вирусы герпеса, токсоплазмы, краснухи. ПЦР-диагностика позволяет правильно определить тактику ведения и риски внутриутробной инфекции.
• Респираторные заболевания. Диагностика методом ПЦР стала в 2020 году актуальной как никогда и продемонстрировала свою незаменимость и эффективность. ПЦР-анализ – главный тест и «золотой стандарт» диагностики коронавирусной инфекции Sars-Cov-2 (COVID-19), ставшей причиной самой масштабной пандемии последних десятилетий.
• Генетика. Наследственные заболевания и отцовство также диагностируются при помощи метода ПЦР.

ПЦР-тесты применяются везде, где нужен быстрый, точный и надежный результат.

Кому нужна диагностика

Поскольку ПЦР позволяет выявить даже мигрирующие из поколения в поколение наследственные заболевания в их скрытой фазе, провести такое исследование наверно будет полезно каждому. Конечно, не всем такие знания кажутся насущными и необходимыми здесь и сейчас, Но, думается, что по мере развития цивилизации будут расти и успехи медицины и генетики. А новые открытия позволят далеко продвинуться в достижении долголетия и здоровья. К тому момент, тест на наследственность вполне может стать обыденным и обязательным для всех анализом.

Пока же этого не случилось, чаще всего тест необходим в таких случаях:

1. При возникновении подозрений о получение заболевания половым путем, или через укол, попадание зараженной крови на слизистые или открытые раны (достаточно небольшого пореза), нападение диких и одичавших животных, случайная травма об окружающие предметы, например, наступить в поле на старый гвоздь.
2. Для уточнения диагноза, сделанного иными средствами, особенно в случаях, когда лечение даёт не специфическую реакцию организма.
3. Для установления родственных связей для заявления прав на наследство, или в алиментной тяжбе.
4. Для идентификации личности человека.

Остальные тестирование больше относятся к сферам индивидуальных интересов. Кому интересно узнать, что показывает расшифровка всех народностей в его роду. Кто-то пытается планировать будущего ребенка и тестируется на совместимость. Кто-то решил заменить ДНК-тестом диетолога, и получить индивидуальные инструкции, советы по правильному питанию.

Подготовка к проведению ПЦР-теста

Еще одно немаловажное преимущество ПЦР-анализов – это отсутствие специфической подготовки к проведению тестов. Достаточно следовать стандартным рекомендациям специалиста:

• Анализ сдается утром натощак. При этом ряд генетических исследований проводится в произвольное время, удобное пациенту.
• При сдаче анализа по мазку из ротоглотки необходимо выдержать интервал с приемом пищи и воды в 3-4 часа перед тестом.
• Перед анализом на венерические инфекции необходимо воздержаться от половой активности в течение суток.
• Перед анализом нельзя использовать никакие противовирусные препараты.

Подробную инструкцию по правилам подготовки к каждому анализу вы всегда можете получить у лечащего врача или у консультантов на нашей горячей линии.

Мазок у мужчин

Подготовиться к забору мазка из мочеиспускательного канала для проведения ПЦР несложно. Достаточно соблюдать изложенные ниже правила.

• За 2 суток до ПЦР обследования нужно начать воздерживаться от сексуальных отношений.
• Прием лекарств прекращается приблизительно за 7 дней до проведения анализа, если, конечно же, они не были специально назначены врачом.
• Гигиена половых органов должна проводиться накануне вечером, в день анализа ПЦР это делать не стоит.
• Рекомендуется не мочиться примерно 2-3 часа перед сдачей анализа.

Как проводится ПЦР-анализ

С 1983 года, когда был изобретен данный метод, прошло много времени, и технологии не стоят на месте. Сегодня существует несколько различных методик для проведения ПЦР-теста:

1. С обратной транскрипцией. Самый распространенный способ идентификации известной последовательности РНК, включающий амплификацию, определение патогена и его идентификации среди образцов, хранящихся в научной картотеке.
2. Вложенная ПЦР (или «гнездовая») — используется для снижения количества неспецифичных продуктов реакции и имеет две стадии с использованием двух видов праймеров.
3. Изотермические методы – не требуют повторяющихся температурных циклов, менее энергозатратны.
4. Инвертированная ПЦР — применяется, если имеется только короткий фрагмент известной последовательности, но необходимо определить соседние последовательности после вставки ДНК в геном.
5. ПЦР в реальном времени — метод, позволяющий определить не только присутствие целевой нуклеотидной последовательности в образце, но и измерять количество ее копий после каждого цикла амплификации, что дает возможность для проведения тестов с количественным результатом

Это далеко не все существующие на сегодняшний день разновидности ПЦР-технологий. Ученые активно развивают эту важную и перспективную область лабораторной диагностики, совершенствуют методы ПЦР, оттачивают техники и изобретают новые подходы.

Результаты ПЦР-теста

Результаты анализов, проведенных методом ПЦР, известны уже через один день. Иногда возможно проведение экстренного теста – его часто используют при оказании срочной медицинской помощи при госпитализации. Тогда срок готовности результата сокращается до считанных часов.
Результаты ПЦР-теста дадут точную информацию о том, какая инфекция была обнаружена. При количественном тестировании анализ определит также вирусную или бактериальную нагрузку на организм. В этом случае в результатах будет значиться титр обнаруженного патогена (его количество в одном миллилитре пробы). Количественный анализ особенно важен при диагностике заболеваний, спровоцированных условно-патогенными микроорганизмами, которые присутствуют в норме практически у каждого человека. Такие микроорганизмы представляют угрозу только при большой численности, а в остальных случаях мирно сосуществуют с носителем.

Автор:

Бактышев Алексей Ильич, Врач общей практики (семейный врач), врач ультразвуковой диагностики, главный врач